一种具有空管检测电路的电磁流量计

技术领域

本发明涉及流量检测技术领域，尤其涉及一种具有空管检测电路的电磁流量计。

背景技术

电磁流量计是一种用于测量液体流速的仪器。它基于法拉第电磁感应定律的原理，利用导电液体(通常是水)在磁场中运动时产生的电势差来测量流速，被广泛应用于工业自动化、水处理、化工、食品和制药等领域。电磁流量计主要特点为测量不受流体温度和密度变化影响；流体不经过机械装置，避免动态压力损失，同时对浆液测量有独特的适应性、可输出与流速成正比例的宽测量范围的线性模拟信号或频率信号；采用低频方波励磁，长期稳定、准确性高等特点。

电磁流量计主要由电磁流量传感器、信号调理电路、励磁驱动电路、微控制处理器和通讯输出电路构成。励磁驱动电路采用低频矩形励磁方波产生稳定可控的交变电流，电流经过传感器的线圈后就会产生恒定磁场。传感器的两侧会有两个不锈钢电极板，当导电介质在测量管道内流动时，就会垂直切割磁感线，在测量管壁上安装的垂直于流动方向和磁场方向的一对电极间产生与体积流量成比例的微弱感应电动势。微弱的电压信号经过信号调理电路放大后，再经过模数转换器ADC转化为数字信号输入微控制处理器。最后微控制器将数据对应为相应的流速信息与计算后的流量信息显示到屏幕上，或者经RS485芯片转换成485信号、4～20mA模拟电流信号输出到外部设备中，完成最终的液体流速与流量的测量。

但是现有的电磁流量计，无法很好地在煤矿等恶劣环境中使用，存在精度不高、环境容易损坏、故障率高等问题。

发明内容

为此，本发明目的在于至少一定程度上解决现有技术中的不足，从而提出一种具有空管检测电路的电磁流量计。

为实现上述目的，本发明采用的一个技术方案为：

本发明提供了一种具有空管检测电路的电磁流量计，包括控制模块，所述控制模块包括微控制处理模块、空管检测电路、信号调理模块和励磁调理模块，所述微控制处理模块与所述空管检测电路、信号调理模块和所述励磁调理模块电性连接，其中，

所述励磁调理模块包括恒流源电路，所述信号调理模块包括至少两个放大电路的信号放大电路和信号滤波电路。

进一步地，所述空管检测电路包括检测电路和调理电路，所述检测电路包括计数器，所述计数器的输入端与调理电路连接，所述计数器的输出端与所述微控制处理模块连接；所述调理电路包括频率电压转换芯片、比较器和第一电容，所述频率电压转换芯片与所述第一电容并联连接，所述频率电压转换芯片与所述计数器连接；所述频率电压转换芯片的VOUT端与所述比较器连接。

进一步地，所述励磁调理模块还包括励磁信号产生电路，所述励磁信号产生电路和所述恒流源电路电性连接，所述励磁信号产生电路包括相互连接的电磁线圈和H桥芯片，所述H桥芯片连接有第一、第二、第三、第四场效应管，所述H桥芯片还与所述微控制处理模块连接；所述恒流源电路包括电源芯片、第一放大器、第二放大器、电压基准源、第一电阻和第五场效应管，所述第一放大器的输出端与所述H桥芯片的N1S/N2S端连接，反相输入端与所述电源芯片连接，所述第二放大器的同相输入端连接有所述电压基准源，反相输入端连接有所述第一电阻，输出端连接所述第五场效应管的栅极。

进一步地，所述信号放大电路包括第一级放大电路和第二级放大电路，所述第一级放大电路包括仪表放大器、第二电阻、第三放大器，所述仪表放大器的同相输入端和反相输入端均连接有所述第二电阻，输出端与所述第三放大器的同相输入端连接，参考信号输入端与所述信号滤波电路连接；所述第二级放大电路包括第四放大器、第五放大器和第三电阻，所述第四放大器的输出端与所述第五放大器的反相输入端、输出端连接，同相输入端通过所述第三电阻与所述信号滤波电路的输出端连接，所述第五放大器的输出端与所述微控制处理模块连接。

进一步地，所述信号滤波电路包括电性连接的RC低通滤波电路和积分反馈电路，所述RC低通滤波电路包括第六放大器、第四电阻和第二电容，所述第六放大器的同相输入端与所述第四电阻、第二电容连接，输出端通过所述第三电阻与所述第四放大器的同相输入端连接；所述积分反馈电路包括第七放大器、第五电阻和第三电容，所述第七放大器的信号输出端连接所述仪表放大器的参考信号输入端，反相输入端通过所述第五电阻与所述仪表放大器的信号输出端连接，反相输入端与输出端均连接有所述第三电容。

进一步地，所述微控制处理模块包括MCU和ADC转换器，所述MCU与ADC转换器电性连接，所述MCU的PB3、PB4、PB5、PB6引脚分别与所述ADC转换器的SCLK、CS#、DOUT、DIN引脚连接，所述ADC转换器的信号输入端与所述第五放大器的输出端连接。

进一步地，所述控制模块还包括与所述微控制处理模块电连接的人机交互模块，所述人机交互模块包括按键、显示件和存储器芯片；所述按键的一端连接于所述MCU的高电平，另一端连接于所述MCU的IO口并下拉接地；所述显示件包括相互连接的显示屏和显示芯片，所述显示芯片与所述MCU的PB12、PB13、PB15、PDS、PD9、PD10、PD11、PD7引脚连接；所述存储器芯片的WC#、SCL、SDA引脚分别与所述MCU的PE15、PB10、PB11引脚连接。

进一步地，所述控制模块还包括与所述微控制处理模块电连接的通讯输出模块，所述通讯输出模块包括通讯电路和电流电路；所述通讯电路包括通讯芯片，所述MCU的3个信号输出端分别通过光耦芯片和两通道数字隔离器连接所述通讯芯片的接收器输出端、驱动器输入端和驱动器工作使能端，所述通讯芯片的接收器输出使能端与所述驱动器工作使能端连接；所述电流电路包括电流输出芯片，所述MCU的一对IIC信号端口通过IIC数字隔离器连接所述电流输出芯片的IIC信号端口，所述电流输出芯片还连接有第八放大器的输出端。

进一步地，所述控制模块还包括与所述微控制处理模块电连接的电源驱动模块，所述电源驱动模块包括电连接的电源转换器和供电件，所述电源转换器通过电压转换芯片与所述MCU连接。

进一步地，还包括电极和与所述控制模块连接的传感器，所述控制模块、电磁线圈、传感器和电极连接于待测管道；所述待测管道包括相互连接的第一管道和第二管道，所述第一管道的两侧分别连接有一所述连通件，所述第一管道靠近所述连通件的两侧分别紧贴设置有所述电磁线圈，所述第一管道内的两侧壁均设置有所述电极，所述传感器设置于两个所述电极之间，所述第二管道上设置有所述控制模块。

本发明提供了一种具有空管检测电路的电磁流量计，电磁流量计中的控制模块中包括微控制处理模块、空管检测电路、包括恒流源电路的励磁调理模块以及包括多个放大电路的信号放大电路和信号滤波电路的信号调理模块。空管检测电路可实现空管检测功能，仅通过读取高低电平就可以完成空管判断从而进行空管保护，降低功耗与保持系统稳定安全，具有失调小、温漂小、线性好和增益稳定可调的优点；励磁调理模块的恒流源电路采用电压、电流双重反馈，相对于传统的电流源提高了工作的稳定性，保证了磁场的方向大小可控；信号调理模块的多级放大电路和滤波电路实现多次放大、滤波从而对微弱的感应电动势进行有效的放大处理，同时保证了测量精度，解决了在煤矿井下恶劣环境造成的机械流量计精度不高、环境容易损坏、故障率高，无法很好地在煤矿等恶劣环境中使用的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明的具有空管检测电路的电磁流量计的整体结构示意图；

图2为本发明的具有空管检测电路的电磁流量计的侧面结构示意图；

图3为本发明的具有空管检测电路的电磁流量计的结构框图；

图4为本发明的具有空管检测电路的电磁流量计的空管检测电路中的检测电路的示意图；

图5为本发明的具有空管检测电路的电磁流量计的空管检测电路中的调试电路的示意图；

图6为本发明的具有空管检测电路的电磁流量计的励磁调理模块的电路示意图；

图7为本发明的具有空管检测电路的电磁流量计的信号调理模块的电路示意图；

图8为本发明的具有空管检测电路的电磁流量计的微控制处理模块的电路示意图；

图9为本发明的具有空管检测电路的电磁流量计的人机交互模块的电路示意图；

图10为本发明的具有空管检测电路的电磁流量计的通讯输出模块的电路示意图。

图中附图标记表示为：1-待测管道；11-第一管道；111-连通件；12-第二管道；2-电磁线圈；3-控制模块；31-空管检测电路；32-励磁调理模块；33-信号调理模块；34-微控制处理模块；341-MCU；342-ADC转换器；35-人机交互模块；351-按键；352-显示件；36-通讯输出模块；361-通讯电路；362-电流电路；37-电源驱动模块；371-电源转换器；372-锂电池；4-电极；5-传感器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

请参照图1至图10，本发明提供了一种具有空管检测电路的电磁流量计，包括控制模块3，控制模块3包括微控制处理模块34、空管检测电路31、信号调理模块33和励磁调理模块32，微控制处理模块34与空管检测电路31、信号调理模块33和励磁调理模块32电性连接，其中，

励磁调理模块32包括恒流源电路，信号调理模块33包括至少两个放大电路的信号放大电路和信号滤波电路。

在本实施例中，控制模块3包括微控制处理模块34、空管检测电路31、信号调理模块33和励磁调理模块32，空管检测电路31、信号调理模块33和励磁调理模块32分别与微控制处理模块34电性连接。微控制处理模块34产生两路互补的低频矩形励磁方波，并使得励磁调理模块32获得交变、大小恒定的电流，其中，励磁调理模块32还包括恒流源电路，采用了电压、电流双重反馈，相对于传统的电流源提高了工作的稳定性，保证了磁场的方向大小可控；信号调理模块33用于采集电磁流量电压信号，并对信号进行放大、滤波，最后传输至微控制处理模块34中，其中，信号调理模块33包括多个信号放大电路和滤波电路，从而对微弱的流量信号进行有效的放大处理，同时保证电磁流量计测量的精度；空管检测电路31则可以判断待测的管道是否处于空管状态，从而进行空管保护，降低功耗与保持系统稳定安全，具有失调小、温漂小、线性小和增益稳定可调的优点，有效控制了空管信号干扰、降低了故障状况下的系统的功耗，空管检测电路31实现的空管检测功能具有便捷性，该处的便捷性是指不需要冗余的、复杂的连接来实现空管检测与预警功能。

进一步地，空管检测电路31包括检测电路和调理电路，检测电路包括计数器，计数器的输入端与调理电路连接，计数器的输出端与微控制处理模块34连接；调理电路包括频率电压转换芯片、比较器和第一电容，频率电压转换芯片与第一电容并联连接，频率电压转换芯片与计数器连接；频率电压转换芯片的VOUT端与比较器连接。

在本实施例中，检测电路包括计数器U11，计数器U11的输入端与调理电路连接，输出端与微控制处理模块34的信号输入端连接，当检测电路检测待测的管道处于空管或满管时(空管和满管时的电压信号并不相同)，将检测到的信号传输给计数器U11，从而会导致计数器U11构成的方波输出电路(即检测电路)产生的信号频率发生变化，计数器U11产生的信号会输入至调理电路中。其中，计数器U11的具体型号为NE555DR。

调理电路包括频率电压转换芯片U22、比较器U23和第一电容C17，当计数器U11将所产生的信号输入至频率电压转换芯片U22中，频率电压转换芯片U22可控制在输入的信号为低电平时，对第一电容C17进行充电，随着频率的增加注入到第一电容C17的电荷按比例进行增加，从而可以形成频率电压转换芯片U22的VOUT端的电压与输入的频率成线性关系。比较器U23将VOUT端的电压与设置好的参考阈值电压进行比较，微处理控制模块34就可以通过读取比较器U23输出的高低电平进行空管判断，并具有较高的灵敏度。该方法不需要使用模数转换器或微控制处理模块34的频率测量功能，同时也不需要使用复杂的处理算法，降低了空管检测功能对微控制处理模块34的算力资源消耗，可以有效降低流量计系统对微处理器的主频要求。其中，频率电压转换芯片U22的具体型号为ADVFC32，比较器U23的具体型号为LM339。

进一步地，励磁调理模块32还包括励磁信号产生电路，励磁信号产生电路和恒流源电路电性连接，励磁信号产生电路包括相互连接的电磁线圈2和H桥芯片，H桥芯片连接有第一、第二、第三、第四场效应管，H桥芯片还与微控制处理模块34连接；恒流源电路包括电源芯片、第一放大器、第二放大器、电压基准源、第一电阻和第五场效应管，第一放大器的输出端与H桥芯片的N1S/N2S端连接，反相输入端与电源芯片连接，第二放大器的同相输入端连接有电压基准源，反相输入端连接有第一电阻，输出端连接第五场效应管的栅极。

在本实施例中，励磁处理模块32包括电性连接的励磁信号产生电路和恒流源电源，恒流源电路采用了电压、电流双重反馈，相对于传统的电流源提高了工作的稳定性，保证了磁场的方向大小可控。

其中，励磁信号产生电路包括相互连接的电磁线圈2和H桥芯片U1，H桥芯片U1还与微控制处理模块34连接，H桥芯片U1连接有四个场效应管，分别为第一场效应管Q1、第二场效应管Q2、第三场效应管Q3、第四场效应管Q4。其中，微控制处理模块34提供了一对互补的PWM信号，当PWM信号为高电平时，与微控制处理模块34连接的H桥芯片U1则会控制第一场效应管Q1和第四场效应管Q4同时导通，而第二场效应管Q2和第三场效应管Q3关断，定义为电流的正向；反之，PWM信号为低电平时，则定义为电流的反向，交变的电流流过电磁线圈2，从而产生磁场。其中，H桥芯片U1的具体型号为ZXMHC3A01N8TC。

恒流源电路包括电源芯片U2、第一放大器U3、第二放大器U4、电压基准源E2、第一电阻R3和第五场效应管Q5。第一放大器U3作为电压跟随器连接在电路中，第一放大器U3的输出端与H桥芯片U1的N1S/N2S端连接，用于采取该点的电压作为电源芯片U2的反馈输入，从而调控恒流源电路的电压以实现恒流；第二放大器U4的同相输入端与电压基准源E2连接，反相输入端则连接到第一电阻R3，输出端连接到N型第五场效应管Q5的栅极以调节其导通程度(相当于等效电阻)以实现恒流。其中，电源芯片U2的具体型号为电压基准芯片CD431，第一放大器U3和第二放大器U4的具体型号为运算放大器芯片TLC277。

进一步地，信号放大电路包括第一级放大电路和第二级放大电路，第一级放大电路包括仪表放大器、第二电阻、第三放大器，仪表放大器的同相输入端和反相输入端均连接有第二电阻，输出端与第三放大器的同相输入端连接，参考信号输入端与信号滤波电路连接；第二级放大电路包括第四放大器、第五放大器和第三电阻，第四放大器的输出端与第五放大器的反相输入端、输出端连接，同相输入端通过第三电阻与信号滤波电路的输出端连接，第五放大器的输出端与微控制处理模块34连接。

在本实施例中，信号放大电路具体为第一级放大电路和第二级放大电路，通过设置多级放大电路可以对待测的管道内产生的微弱的流量信号进行有效的放大处理，同时保证电磁流量计测量精度的，具有失调小、温漂小、线性好和增益稳定可调的优点。

第一级放大电路包括仪表放大器U3、第二电阻R6、第三放大器U6，仪表放大器U3的同相输入端和反相输入端均连接有第二电阻R6，仪表放大器U3的输出端与第三放大器U6的同相输入端连接，仪表放大器U3的参考信号输入端与信号滤波电路连接。其中，仪表放大器U3的具体型号为AD8220，第三放大器U6的具体型号为运算放大器TL072。

第二级放大电路包括第四放大器U9、第五放大器U10和第三电阻R11，第四放大器U9的输出端与第五放大器U10的反相输入端和输出端连接，第四放大器U9的同相输入端通过第三电阻R11与信号滤波电路的输出端连接，第五放大器U10的输出端与微控制处理模块34连接。其中，第四放大器U9和第五放大器U10的具体型号为运算放大器TL072。

进一步地，信号滤波电路包括电性连接的RC低通滤波电路和积分反馈电路，RC低通滤波电路包括第六放大器、第四电阻和第二电容，第六放大器的同相输入端与第四电阻、第二电容连接，输出端通过第三电阻与第四放大器的同相输入端连接；积分反馈电路包括第七放大器、第五电阻和第三电容，第七放大器的信号输出端连接仪表放大器的参考信号输入端，反相输入端通过第五电阻与仪表放大器的信号输出端连接，反相输入端与输出端均连接有第三电容。

在本实施例中，信号滤波电路用于对信号进行滤波，从而可更好地对信号进行放大。信号滤波电路具体包括电性连接的RC低通滤波电路和积分反馈电路。

RC低通滤波电路包括第六放大器U8、第四电阻R10和第二电容C2，第六放大器U8的同相输入端与第四电阻R10、第二电容C2连接，第六放大器U8的输出端通过第三电阻R11与第四放大器U9的同相输入端连接。其中，第六放大器U8的具体型号为运算放大器TL072。

积分反馈电路包括第七放大器U7、第五电阻R9和第三电容C1，第七放大器U7的信号输出端与仪表放大器U6的参考信号输入端连接，第七放大器U7的反相输入端通过第五电阻R9与仪表放大器U6的信号输出端连接，第七放大器U7的反相输入端和输出端均与第三电容C1连接。其中，第七放大器U7的具体型号为运算放大器TL071。

进一步地，微控制处理模块34包括MCU341和ADC转换器342，MCU341与ADC转换器342电性连接，MCU341的PB3、PB4、PB5、PB6引脚分别与ADC转换器342的SCLK、CS#、DOUT、DIN引脚连接，ADC转换器342的信号输入端与第五放大器的输出端连接。

在本实施例中，微控制处理模块34包括MCU341和ADC转换器342，MCU341和ADC转换器342电性连接，且MCU341的多个引脚与ADC转换器342的多个引脚连接，具体地，请参阅图8，MCUU12的PB3、PB4、PB5、PB6引脚分别与ADC转换器U13的SCLK、CS#、DOUT、DIN引脚连接。其中，MCUU12的具体型号为32位微处理器芯片STM32F407，ADC转换器U13的具体型号为模数转换芯片AD7192。

具体地，ADC转换器342的信号输入端与信号调理模块33中的第五放大器U10的信号输出端连接，从而将模拟电压信号转换为数字信号，连接并传输至MCU341的PB3、PB4、PB5、PB6引脚。

进一步地，控制模块3还包括与微控制处理模块34电连接的人机交互模块35，人机交互模块35包括按键351、显示件352和存储器芯片；按键351的一端连接于MCU341的高电平，另一端连接于MCU341的IO口并下拉接地；显示件352包括相互连接的显示屏和显示芯片，显示芯片与MCU341的PB12、PB13、PB15、PDS、PD9、PD10、PD11、PD7引脚连接；存储器芯片的WC#、SCL、SDA引脚分别与MCU341的PE15、PB10、PB11引脚连接。

在本实施例中，控制模块3还包括人机交互模块35，人机交互模块35与微控制处理模块34电性连接，当微控制处理模块34获取到电磁流量信号时，进行处理输出实时流速和流量数据时，通过人机交互模块35进行显示。

人机交互模块35包括按键351、显示件352和存储器芯片U15，具体地，按键351的一端连接于MCU341的高电平，另一端则连接于MCU341的IO口并下拉接地，当按下按键351后，有高电平输出至MCU341，从而使得MCU341识别高电平重新测量流量数值，并更新至显示件352上。显示件352还包括显示屏和显示芯片U14，显示芯片U14与MCU341电性连接，从而控制显示屏上显示流速以及累积的流量数据。其中，显示芯片U14的引脚与MCU341上的PB12、PB13、PB15、PDS、PD9、PD10、PD11、PD7引脚连接。存储器芯片U15的WC#、SCL、SDA引脚则分别与MCU341的PE15、PB10、PB11引脚连接。

进一步地，控制模块3还包括与微控制处理模块34电连接的通讯输出模块36，通讯输出模块36包括通讯电路361和电流电路362；通讯电路361包括通讯芯片，MCU341的3个信号输出端分别通过光耦芯片和两通道数字隔离器连接通讯芯片的接收器输出端、驱动器输入端和驱动器工作使能端，通讯芯片的接收器输出使能端与驱动器工作使能端连接；电流电路362包括电流输出芯片，MCU341的一对IIC信号端口通过IIC数字隔离器连接电流输出芯片的IIC信号端口，电流输出芯片还连接有第八放大器的输出端。

在本实施例中，控制模块3还包括通讯输出模块36，通讯输出模块36实现单片机与PC机之间多种不同通信方式进行通信，具有适应仪表网络化发展应用的优点。具体地，通讯输出模块36包括通讯电路361和电流电路362，通讯电路361具有多点、双向通信能力，传输速率最高达到10Mb/s，传输距离延长到1219米；电流电路362则采用电流限信号的方式传输模拟信号，避免煤矿工况现场的噪声电压干扰。

具体地，通讯电路361包括通讯芯片U19，MCUU12的3个信号输出端分别通过光耦芯片U16和两通道数字隔离器U17连接通讯芯片U19的接收器输出端、驱动器输入端和驱动器工作使能端，通讯芯片U19的接收器输出使能端与其驱动器工作使能端连接。其中，通讯芯片U19的具体型号为485通讯芯片SP485，光耦芯片U16的具体型号为光耦芯片PC817，两通道数据隔离器U17的具体型号为数字隔离器π122U31。

电流电路362包括电流输出芯片U20，MCUU12一对IIC信号端口通过IIC数字隔离器U18连接电流输出芯片U20的IIC信号端口，且电流输出芯片U20还连接有第八放大器U21的输出端。其中，电流输出芯片U20的具体型号为电流输出芯片GP8212S，IIC数字隔离器U18的具体型号为数字隔离器ISO1540DR，第八放大器U21的具体型号为运算放大器LM321。

进一步地，控制模块3还包括与微控制处理模块34电连接的电源驱动模块37，电源驱动模块37包括电连接的电源转换器371和供电件，电源转换器371通过电压转换芯片与MCU341连接。

在本实施例中，控制模块3还包括电源驱动模块37，电源驱动模块37与微控制处理模块34电性连接，电源驱动模块37具有过压过流检测、欠压、放电保护检测等电量检测特点，安全可靠，具有简便的更换电池机械结构。具体地，电源驱动模块37包括电连接的电源转换器371和供电件，且电源转换器371还通过电压转换芯片与MCU341连接。电源转换器342通过电压转换芯片可得±5V，供所有模块工作。供电件具体为锂电池372，单节电池额定电压3.6V，额定容量1.8Ah，本申请实施例中的锂电池组由两节锂电池372串联为一组，四组并联组成，总容量为7.2Ah。

进一步地，还包括电级4和与控制模块3的传感器5，控制模块3、电磁线圈2、传感器5和电极4连接于待测管道1；待测管道1包括相互连接的第一管道11和第二管道12，第一管道11的两侧分别连接有一连通件111，第一管道11靠近连通件111的两侧分别紧贴设置有电磁线圈2，第一管道11内的两侧壁均设置有电极4，传感器5设置于两个电极4之间，第二管道12上设置有控制模块3。

在本实施例中，具有空管检测电路的电磁流量计包括待测管道1，待测管道1的两侧设置有连通件111，连通件111用于连通外界管道，从而完成液体流速与流量的测量，其中，连通件111在本实施例中具体为法兰，在此对连通件111的具体类型不作限定，根据实际生产需求设置。

待测管道1上还设置有电磁线圈2、传感器5、电极4和控制模块3，且待测管道1包括相互连接的第一管道11和第二管道12，第一管道11的两侧连接有用于连接外接管道的连通件111。且第一管道11靠近连接件111的两侧分别紧贴设置有电磁线圈2，第一管道11的相对的两个内侧壁分别设置有电极4，且两个电极4中间还设置有传感器5，本申请实施例中的传感器5具体为电磁流量传感器，且第二管道12的顶端上还设置有控制模块3，其中，第二管道12的顶端为远离第一管道11的一侧，控制模块3还连接有传感器5以及电磁线圈2。

在本实施例中，控制模块3会产生稳定可控的交变电流，电流经过传感器5的线圈之后就会产生恒定磁场，传感器5的两侧设置有两个电极，当导电介质在待测管道1内流动时，就会垂直切割磁感线，在待测管道1上安装的垂直于流动方向和磁场方向的一对电极4间产生与体积流量成比例的微弱感应电动势，再通过控制模块将微弱的感应电动势进行转换，从而完成最终的液体流速与流量的测量。其中，计数器的输入端以及信号放大电路的信号输入端分布与传感器5的输出端连接，设置于待测管道1内的传感器5与计数器U11的输入端和信号放大电路的信号输入端连接时，可以将管道内的电磁流量信号传输给计数器U11，从而可检测出待测管道1内是否空管；将管道内的电磁流量信号传输给信号放大电路，则可以将微弱的电磁流量信号进行放大滤波、数模转换，得到最终的液体流速与流量的测量。

进一步地，本申请实施例的具体实施步骤为：

1、当导电介质流过待测管道1，微控制处理模块31控制励磁调理模块32中的H桥芯片U1产生低频矩形励磁方波，从而获得交变、大小恒定的电流；

2、带电粒子打向电极2产生微弱感应电动势，通过传感器5将微弱感应电动势传输给空管检测电路31中的计数器U11，从而进行空管检测，如果出现空管现象，则停止励磁驱动，若未出现，则通过传感器5将微弱感应电动势传输给信号放大电路；

3、信号调理模块33通过多个信号放大电路和滤波电路对微弱感应电动势进行滤波、多级放大；

4、再将滤波、放大后的电压模拟信号传输给微控制处理模块34中的ADC转换器342，并转换为数字信号；

5、再将转换后的数字信号传输给微控制处理模块34中的MCU341进行算法处理，从而输出实时流速和流量数据，并通过人机交互模块35进行显示。其中，通讯输出模块36中的通讯电路和电流电路模拟输出电路将信号传输到远程终端，能够远程查看流量数据，提高了电磁流量计的使用范围。

其中，初始的电磁流量信号处理方法使用到改进卡尔曼滤波算法。先采用滑动平均滤波器对实验数据进行预处理，降低测量时电磁流量计测量时受到强干扰噪声的影响，分析电磁流量计在煤矿井下恶劣环境工作中的受干扰情况，提出基于残差的卡尔曼滤波的方法，实现过程噪声协方差Q随流量变化快速切换，提高了卡尔曼滤波的响应速度，从而提高液体流速测量精度。

综上所述，本发明提供的一种具有空管检测电路的电磁流量计，包括控制模块，所述控制模块包括微控制处理模块、空管检测电路、信号调理模块和励磁调理模块，所述微控制处理模块与所述空管检测电路、信号调理模块和所述励磁调理模块电性连接，其中，所述励磁调理模块包括恒流源电路，所述信号调理模块包括至少两个放大电路的信号放大电路和信号滤波电路。本发明通过在电磁流量计中设置空管检测电路可实现空管检测功能，仅通过读取高低电平就可以完成空管判断从而进行空管保护，降低功耗与保持系统稳定安全，具有失调小、温漂小、线性好和增益稳定可调的优点；设置励磁调理模块和信号调理模块可通过多次放大、滤波从而对微弱的感应电动势进行有效的放大处理，同时保证了测量精度，解决了在煤矿井下恶劣环境造成的机械流量计精度不高、环境容易损坏、故障率高，无法很好地在煤矿等恶劣环境中使用的问题。

需要说明的是，本发明内容中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

还需要说明的是，在本发明内容中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明内容。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本发明内容中所定义的一般原理可以在不脱离本发明内容的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明内容将不会被限制于本发明内容所示的这些实施例，而是要符合与本发明内容所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。